EOS M4 ONYXでチタン合金の生産性を再定義
チタン製品の用途を刷新する準備はできていますか？
2026年9月3日 | 読了時間：5分
金属積層造形（AM）において、チタン（Ti64）の3Dプリントに関する従来のルールは、しばしば望ましくない妥協を余儀なくさせます。これには、表面粗さの高さ、小角度部分に必要なサポート構造の手作業による煩雑な除去、そして理論値と実測値との間の生産性の乖離などが含まれます。
EOS M4 ONYXと、新たに開発したTi64 60µmパラメータセットは、この常識を覆します。この開発は、「プロセスを用途に合わせて適応させる」という当社の哲学に基づいたものです。 EOS M4 ONYXは、単なるハードウェアのアップデートにとどまらず、6つのレーザー出力とインテリジェントなソフトウェアが見事に融合したものであり、従来のレーザー粉末床溶融（LPBF）技術の制約を打ち破るように設計されています。これにより、時間のかかる設計やプロセスの反復作業を必要とせずに、より高速な造形と卓越した部品特性を実現します。
製造性の向上、表面品質の向上：新しいTi64プロセス
低角度印刷（下向き面）は、従来、チタン材料のAMにおいて大きな課題とされてきました。粉末は固体金属に比べて熱伝導率がはるかに低いため、粉末ベッド上にオーバーハングを印刷すると、局所的な過熱を引き起こす可能性があります。従来のプロセスでは、これにより溶融プールが不安定になり、過熱やエッジの反りが生じ、リコーターとの接触リスクが高まるほか、表面粗さが生じ、熱を逃がすためにサポート構造への依存を余儀なくされます。
EOS M4 ONYXは、25°～30°までの低角度でも、サポート構造を一切使用せずに、信頼性の高いチタンプリントを実現することで、この課題を解決します。定義された適用範囲内でのサポート構造を排除することで、ワークフロー全体にメリットがもたらされます。そのメリットには、次のようなものがあります：
- 後処理の軽減：従来、頑固なチタン製サポートを削り取るために必要だった数時間にも及ぶ手作業を省くことができます。
- 部品あたりのコスト削減：手作業のさらなる削減と後処理のリードタイム短縮を実現し、総生産コストを削減します。
- 設計の自由度の拡大：エンジニアは、造形後のアクセス性を気にすることなく、複雑な内部流路や軽量な形状を設計することができます。
表面品質：垂直な壁を超えて
垂直な壁面は処理が簡単ですが、複雑で曲面のある形状においてチタンの表面品質を均一に維持することは、極めて困難であることが知られています。その解決策となるのが、自動輪郭パラメータ化です。このシステムでは、静的なパラメータの代わりに、部品の局所的なオーバーハング角度に基づいて、レーザー設定を動的に調整します。
これにより、オーバーハングの角度に応じて輪郭パラメータを調整し、溶融プールを安定させ、過熱を抑えることが可能となり、表面品質の向上につながります。さらに、この高度なパラメータ設定は、通常熱が蓄積しやすい下向きの表面を対象としています。従来のプロセスでは、上向きの表面はすでに安定しており、オーバーハングの変動の影響を受けにくいため、この的を絞った調整により、極めて均一な表面仕上げが実現されます。 部品は成形形状に近い状態で完成するため、過度な表面平滑化加工の必要性が大幅に削減されます。
実社会における生産性
業界では、「システムの生産性は、理論上の造形速度（層厚 × ハッチ距離 × スキャン速度）によって完全に決まる」という通説があります。しかし実際には、この計算式では「ジャンプ」――レーザーがオフになり、スキャナーミラーがベクトル間を移動する非生産的な期間――が完全に無視されています。こうしたマイクロ秒単位の時間が積み重なることで、試算表上の数値と実際の造形時間との間に大きな乖離が生じます。 EOS M4 ONYXは、ハードウェアとソフトウェアの相乗効果により、実使用環境の観点から金属AMの生産性を向上させます。本機には以下の機能が搭載されています：
- 6基の超高出力レーザー：レーザーの数を4基から6基に増やすことで、カバー範囲と溶融能力が向上します。
- 次世代スキャナー：高度なダイナミックスキャナーにより、方向転換時の短いジャンプで生じる時間のロスを最小限に抑えます。
- スマートな露光順序制御：高度なソフトウェアアルゴリズムにより、スカイライティングや短いジャンプを排除すると同時に、長いジャンプ（1 mm以上）を最小限に抑え、レーザーの「点灯」時間を最大化します。
- 60µm層のスイートスポット：この厚さは、高速な材料堆積と微細な形状の解像度を完璧に両立させます。
結局のところ、真の生産性は理論上の計算式ではなく、壁にかかった時計によって測られるものです。以下の図は、異なる部品を使用したジョブのビルド時間のシミュレーション結果を示しています。
実際のアプリケーションにおける生産性の比較
気孔率と材料の完全性
航空宇宙や 医療機器製造といった高性能が求められる分野において、材料の完全性が完璧でなければ、生産性には何の意味もありません。チタン製部品は、しばしば繰返し疲労荷重にさらされますが、その際、表面下の欠陥が亀裂発生の主な原因となります。
EOS M4 ONYXにおける新しいチタン加工パラメータにより、ビルドプレート全体にわたって卓越した密度が実現され、気孔率は0.005%未満にまで低下しました。これは極めて重要な点です。なぜなら、これまで文献で報告されていた値は、実験室で密度キューブを用いて得られた理論値に過ぎない傾向があったからです。ここでは、カンチレバー構造の場合であっても、実際の部品を用いてこの密度を達成しています。
当社のチームは、従来のチタン材料における気孔が、通常はベクトルの終点で発生していることを突き止めました。EOS M4 ONYXは、こうした重要な表面付近の領域における気孔の形成を積極的に抑制する、新しい専用露光機能を搭載しています。これらの潜在的な破損箇所を排除することで、このプロセスは、ミッションクリティカルな用途に求められる優れた機械的特性と高い信頼性を実現しています。
持続可能性とコスト
経済効率と持続可能性は、しばしば密接に関連しています。チタン印刷における主要な隠れたコストの一つが、「スパッター」と呼ばれる、溶融プールから噴出する溶融液の飛沫です。これらの大きすぎる粒子は、空中を飛んでいる間に酸素を吸収し、その化学組成が変化してしまいます。そのため、スパッターをふるいにかけて除去し、廃棄する必要があります。印刷中にこれらの飛沫が粉末ベッドに再び落下すると、欠陥の原因となる可能性があります。
EOS M4 ONYXは、より高度なスキャン戦略を採用して飛散を発生源で低減し、2つの明確なメリットをもたらします：
- 持続可能性： 粉末のロスが減少すれば 、チタンといったエネルギー集約型の材料において、材料利用効率が向上し、環境負荷も低減されます。
- プロセスの安定性： スパッタを最小限に抑えることで 、粉末ベッドを清潔な状態に保ち、再現性が高く、欠陥のない部品の製造を保証します。最終的には、粉末のロスを削減することで、部品あたりのコストに好影響を与え、より持続可能な生産の実現に寄与します。
統合と今後の道筋
EOS M4 ONYXはこの革新技術のフラッグシッププラットフォームですが、EOSはこれらのパラメータ上の利点を、 EOS M 290およびEOS M 400-4など、既存システムにも積極的に導入しています。ハードウェアの差異により、旧型機種ではEOS M4 ONYXの純粋な処理速度には及ばないものの、ユーザーは表面品質、密度、およびスパッタの低減において、目に見えるほどの向上を実現できます。
EOS M4 ONYXが業界をリードしているのは、その次世代スキャナー技術が、高度で機能に特化したパラメータ設定に必要な動的な性能を提供するためです。このソリューションは十分に実証済みであり、自動化されたワークフローや本格的な量産に向けた信頼性の高い基盤として活用可能です。 EOS M4 ONYXは、単に印刷速度が速いだけでなく、よりスマートに印刷を行います。オーバーハングの制約、放熱、理論上の速度といった従来の常識を打ち破ることで、従来の設計ルールの束縛から解放されます。
EOS M4 ONYXがチタン加工の現場をどのように変革できるか、ぜひご確認ください。Ti64のパラメータ仕様書をダウンロードしてください。
